2020年2月，國家發展改革委等八部委聯合印發了《關于加快煤礦智能化發展的指導意見》（以下簡稱《指導意見》），為煤炭行業高質量發展明確了目標并提出了主要任務和保障措施?！吨笇б庖姟分赋觯好旱V智能化是煤炭工業高質量發展的核心技術支撐，（將人工智能、工業物聯網、云計算、大數據、機器人、智能裝備等與現代煤炭開發利用深度融合，形成全面感知、實時互聯、分析決策、自主學習、動態預測、協同控制的智能系統），實現煤礦開拓、采掘(剝)、運輸、通風、分選、安全保障、經營管理等過程的智能化運行，對于提升煤礦安全生產水平、保障煤炭穩定供應具有重要意義。2021年12月，國家能源局發布了《智能化示范煤礦驗收管理辦法（試行）》（以下簡稱《驗收管理辦法》），明確了國家首批智能化示范煤礦驗收程序、驗收要求和評分標準。

《指導意見》和《驗收管理辦法》的出臺，既是堅持以科技創新為根本動力，推動智能化技術與煤炭產業融合發展，促進我國煤炭工業高質量發展，也是推動和指導煤礦企業科學合理制定智能化示范煤礦建設的具體舉措，提升煤礦智能化水平。

01中煤平朔集團智能化礦山建設思路

科學決策部署，全局謀劃智能化礦山建設

智能化露天礦的建設就是將信息化技術與露天煤炭工業的深度融合，形成全面感知、實時互聯、分析決策、自主學習、動態預測、協同控制的智能系統，通過設計、生產、安全、管理等工作的信息化和礦山機械的智能化，進而實現露天礦山生產安全、勞動生產率的大幅提高，以及整體生產成本的大幅降低，實現整個礦山的綠色、安全、高效、無人或少人化開采。

中煤平朔集團有限公司（以下簡稱中煤平朔集團）經過深入研究、科學謀劃，提出了頂層設計、總體規劃、穩步推進的工作思路，一方面充分吸收借鑒國內外先進成熟的自動化和信息化技術，另一方面，緊密結合《指導意見》和《驗收管理辦法》，以及國家、行業相關標準，編制完成了《東露天煤礦智能化建設規劃》和《東露天智能化示范煤礦建設初步設計》。提前規劃東露天煤礦未來5年的智能化建設實施方案，建設一期主要以網絡基礎設施、管控一體化平臺和智能工藝建設為主；建設二期將進一步展開對智能化礦山的縱深研究，打造全礦山、全流程、全工藝的智能化建設，為東露天煤礦下一步智能化建設開展提供切實可行的科學依據，指導東露天煤礦建設綠色、安全、高效、智能的現代化一流礦山。

細化方案設計，穩中推進智能化礦山建設

中煤平朔集團東露天煤礦智能化建設的指導思想與《指導意見》和《驗收管理辦法》的目標一致，即在中煤平朔集團數字礦山建設的整體框架下，采用先進的技術和裝備，建成一個能用、實用、管用、高效運行的智能露天煤礦，實現露天煤礦的管控一體化，達到安全可靠化、管理高效化、綠色生產化、成本最低化、效益最大化、人文和諧化。中煤平朔集團東露天煤礦智能化建設框架如圖1所示。

圖1 中煤平朔集團東露天煤礦智能化建設框架

東露天煤礦智能化建設內容共計17項，主要建設內容包括網絡基礎設施、智能工藝和一體化管控平臺。其中：①網絡基礎設施是以滿足東露天煤礦當前及未來智能化礦山建設需求為出發點，著眼當下，兼顧未來，分批次逐步推進5G網絡建設，在目前已有的工業以太網、卡調系統MESH自組網等基礎上，對礦區進行統一規劃和設計；②智能工藝包括1臺套礦用無人駕駛卡車、1臺無人值守鉆機的研制，110 kV無人值守變電站、無人值守排水泵站、爆破遠程監控及預警系統、東露天礦選煤廠MES系統、礦區智能化供水系統建設，以及重要區域無人值守機器人巡檢，智能化露天煤礦爆破設計，卡車調度系統應急指揮功能模塊開發，電鏟電量監控功能開發；③一體化管控平臺包括數據中心和管控一體化平臺，以及地理信息、智能調度、設備管理、安全監測、選煤監測各子系統的集成接入平臺。

02中煤平朔集團智能化煤礦建設情況

從2000年開始，中煤平朔集團堅持“統一規劃、統一標準、統一投資、統一建設、統一管理、統一運維”的“六統一”原則，以及“縱向到底、橫向到邊”的管控要求，以專業化的管理模式開展信息化建設。不斷完善信息化基礎設施，開展生產管理信息系統、安全管控信息系統、專業化管理信息系統、綜合信息管控系統的建設，在企業集團化運作、集約化經營、精細化管理方面發揮了重要作用。2021年12月，中煤平朔集團東露天煤礦已完成全國首批智能化示范煤礦建設，所有子系統已投入生產試運行。具體建設情況如下：

信息基礎設施

（1）通信網絡

中煤平朔集團在礦區建設了較為完整的有線、無線通信網絡，覆蓋各生產和辦公區域；東露天煤礦智能化建設在原有MESH網及700 M網絡覆蓋的基礎上新建了5G網絡，為東露天煤礦1臺套無人駕駛卡車和無人值守鉆機提供5G網絡服務，滿足其各工業終端設備的傳感器信息采集、視頻監控、遠程控制等場景的網絡需求，便于上傳監控圖像、傳感器信息等數據并下發控制指令信息，實現了生產作業過程的無人化和智能化。

（2）數據中心

東露天煤礦智能化建設以超融合架構搭建數據中心，采用去中心化的分布式集群管理技術、CPU和內存調用優化技術、數據底層多重保障技術，以滿足智能礦山業務應用開發在高性能、高可靠性、彈性擴展及伸縮、簡化基礎架構管理等方面的需求，實現在自動化故障轉移、容災、全面優化數據中心軟硬件資產、集成智能化運維等方面的信息化目標，從而實現智能礦山建設的總體目標。

（3）露天煤礦智能綜合管控平臺

東露天煤礦建成了全國首個集安全、生產、經營管理、地理信息等系統數據為一體的露天煤礦智能綜合管控平臺，采用無人機航測、三維渲染等技術，將礦坑展示到屏幕上，實現了安全、生產信息一張圖展示，集成各子系統數據，實現了露天煤礦各系統接口標準統一，可對露天煤礦采剝、運輸、供電、調度等全環節、全周期、全過程數據進行實時統一采集、存儲、管理、分析；搭建了煤礦安全風險分級管控和隱患排查治理雙重預防系統，實現了標準化考核趨勢分析和安全的全過程閉環管理，以及邊坡、水害等多種災害監測預警與應急救援指揮調度，煤礦安全生產信息化水平得到顯著提升。

礦山設計

（1）地質保障

開發了三維點云一體化綜合管理平臺軟件，實現了自動處理點云數據、繪制地形圖、智能繪制特征線、批量計算及統計土石方工程量、采運排設計等功能；通過引進三維激光掃描和無人機航測技術及裝備，構建了三維立體測繪體系，可準確探測和獲取地質信息，實現了基于多源數據的綜合地質建模，地質模型可實現三維可視化；建立了地理信息系統，可實現中煤平朔集團各系統、各部門準確高效的地理信息實時綜合服務，提升了全礦區的生產精細化管理水平。

（2）穿孔爆破設計

通過三維爆破設計軟件實現智能化的參數設計，具備爆破效果智能模擬預測功能，以及繪制露天煤礦穿孔爆破設計圖的能力，實現了爆破作業信息化管理。

（3）采礦設計

采用3D Mine 礦業工程軟件建立了三維礦床模型和智能設計系統，用于指導露天礦制定短期采剝計劃、中長期規劃，計算日常采剝工程量，盤點年度采剝量等工作，實現了開采境界、開采工藝系統、開采程序、開拓運輸系統的綜合優化及智能決策，實現了中長期開采計劃的自動排產功能。

智能穿爆

東露天煤礦選取1臺阿特拉斯CDM75E鉆機進行無人值守改造，實現了遠程操作行走、水平找正、精準定位、自動換桿、鉆孔，運行狀態實時監測等功能；建立了爆破遠程監控及危險預警系統，實現了爆破警戒區域的遠程監控和預警功能。

礦山工程

東露天煤礦建立了卡車智能調度管理系統，具備露天生產管理、設備跟蹤以及狀態識別、車輛運行狀態顯示、智能配車、故障報警、歷史運行回放、自動計量、燃油異常管理、輪胎消耗管理、設備調撥、平臺數據集中共享等功能，實現了露天煤礦生產全過程的信息化管理；為保護露天煤礦生產設備和操作人員的安全，集中部署了卡車防碰撞系統和防疲勞系統，實現了會車、轉彎、盲區、超速自動報警，以及司機駕駛提醒功能，有效預防了安全事故的發生；開展了礦用卡車無人駕駛系統研究，對1臺套礦用卡車進行無人化改造，以及在1臺電鏟、13臺輔助設備上安裝終端系統，實現了無人駕駛卡車編組運行。

智能輔助

（1）數字孿生

東露天煤礦智能綜合管控平臺通過航拍飛行技術將其工業廣場和礦坑全景虛擬為三維場景，將卡車和電鏟建成三維模型，置于礦坑三維場景中，采用GPS定位技術形成實時移動軌跡。

（2）邊坡監測與預警

中煤平朔集團先后引進了合成孔徑邊坡雷達、測量機器人、GNSS地表位移監測設備及技術，在危險邊坡區域建設并運行了9套自動化監測系統，實現了礦區邊坡全天24 h實時監測與自動預警，保障了邊坡的穩定安全。

（3）防排水

排水泵站無人值守項目對現有排水系統進行智能化升級改造，在現有設備基礎上，增加控制層、網絡層、終端傳感器裝置和視頻監控等，實現坑底泵房集中監控、無人值守和根據水量自動抽排水等功能。

（4）供配電

建立了110 kV工業場變電站無人值守系統，具備集中監控、無人值守功能，以及智能開關和關鍵負荷電纜的測溫和報警功能，實現變電站無人化聯動監控。

管理與決策

中煤平朔集團已建成了集ERP系統、EAM系統、OA系統、法務系統、招標系統、采購一體化平臺、檔案管理系統等諸多業務系統組成的信息化經營管理系統集群，較大程度上提升了中煤平朔集團經營管理業務的執行效率；建成了綜合信息集成平臺，集成井工、露天、動力、分選、化工等各板塊生產信息系統數據，為集團職能管控、生產調度、經營決策提供數據依據，實現集團對各所屬單位現場信息的全面掌控；建成了可視化系統，應用大數據技術，建設了可視化管理系統，集成ERP、EAM、法律系統、電商平臺、招標系統等數據，實現對物資采購、工程管理、外委維修等主要業務全流程的管理和監督考核，提升管理效率。

智能化園區

東露天煤礦建立了地面智能指揮中心（圖2），集成智能化指揮、調度、管控、辦公、培訓、展示等功能，實現了對露天煤礦作業現場各系統的統一協調管控。

圖2 東露天煤礦地面智能指揮中心

智能化選煤廠

東露天煤礦建設了選煤廠自動控制系統、選煤廠自動裝車系統、選煤廠生產執行（MES）管理系統和選煤廠重要區域無人值守機器人巡檢，使選煤廠主要流程設備實現了遠程集中聯鎖控制，主要生產環節的計質計量和安全監控系統齊全有效，主要選煤工藝參數監控設施齊全，提升了選煤廠智能化水平。

03中煤平朔集團智能化煤礦建設亮點

構建平朔礦區三維地質地理信息系統

中煤平朔集團建礦30多年來積累了大量的空間數據、基礎地理數據及地測專題數據，并且隨著特大型無人機航測體系在中煤平朔集團露天煤礦采剝工程驗收工作中的成功應用，空間數據的獲取方式變得更加準確便捷。通過采用全球定位、遙感、地理信息系統、云計算、現代通信、無人機遙測等新技術，對平朔礦區多時期不同時段的航拍影像圖、交換圖、點云數據以及各種專題圖等空間數據進行整合入庫。依托三維地質地理信息及相關信息數據庫，建立了各礦區、各部門、各專業的礦山地理信息系統平臺，通過局域網或互聯網的方式實現中煤平朔集團、各部門、各礦對地理信息、空間定位和分析，為礦區的安全、生產、監控、管理等提供了輔助決策支持，提升了全礦區的生產精細化管理水平和應急響應能力的準確性等。

構建基于 5G 通信網絡的信息監測監控系統

5G通信網絡采取獨立組網（SA），在數據中心機房部署了本地5G核心網?；?/span>5G通信網絡的大容量傳輸和低時延，主要覆蓋區域為東露天采礦區涉及無人駕駛的區域，通過部署5G基站實現了礦區無線覆蓋。數據模塊嵌入車輛控制終端，作為業務數據接入點，應用層承載客戶自有業務。

通過礦區范圍的高清攝像頭可進行智能識別與預警，將主要采礦設備、輔助設備的故障診斷信息、卡車輪胎信息、原煤運輸系統信息通過5G通信網絡上傳到設備管理系統，大幅提高了設備可用率，降低了維修成本。在地理信息系統的基礎上對基于5G通信技術的卡車調度系統進行升級，實現了高精度鉆孔，減少了驗孔等環節。根據電鏟位置對應的煤質，實時配煤，接入卡車稱重系統數據，提高卡車裝車質量。將卡車加油數據實時傳入卡車調度系統，結合卡車運行狀態，實時分析卡車燃油消耗情況，建立基于單臺設備的燃油管理系統。

礦用卡車無人駕駛

礦用無人駕駛技術改造項目對7臺礦用卡車、1臺電鏟以及13臺輔助設備進行了無人化改造。通過開發與無人駕駛卡車配套的無人運輸作業智能調度平臺、多種設備協同作業管理系統、V2X礦區通信網絡系統和高精地圖采集、更新、管理系統，同時利用露天煤礦的高精度組合導航定位技術、多種傳感器技術融合技術等，并結合人工智能算法，實現了礦用卡車無人駕駛編組運行。東露天煤礦無人駕駛卡車如圖3所示。目前，東露天煤礦已完成1臺套無人駕駛卡車-電鏟-輔助設備協同編組運行及遠程接管系統調試，成為國內真實作業場景下具備常態化編組運行能力的示范項目。

圖3 東露天煤礦無人駕駛卡車

鉆機遠程無人值守

大型露天煤礦鉆機無人值守系統由鉆機電控系統、車載智能控制、遙控和遠程控制3個部分組成。根據東露天礦現場鉆機性能，選取了1臺阿特拉斯CDM75E鉆機進行無人化改造。通過運用鉆機智能控制技術、環境感知技術、高精度定位技術、高性能無線通信技術、視頻監控技術、車載信息采集技術等，結合人工智能算法，實現了鉆機在無人值守的情況下能夠進行水平找正、自動布孔、無人駕駛鉆孔作業、鉆孔自動檢測和遠程控制鉆機功能。東露天煤礦無人值守鉆機現場及其遠程集控操作臺分別，如圖4、圖5所示。

圖4 東露天煤礦無人值守鉆機現場

圖5 東露天煤礦無人值守鉆機遠程集控操作臺

目前，鉆機無人值守系統已完成改造，正在測試遠程遙控鉆孔作業、優化鉆機無人值守遠程操作平臺和研發護孔設備，實現了國內首臺鉆機遠程遙控鉆孔、自動護孔作業。

04中煤平朔集團智能化煤礦建設成果

2021年，中煤平朔集團東露天煤礦通過智能化建設，更加豐富完善了礦山智能化建設內容，顯著提升了礦山智能化建設科技水平。目前，東露天煤礦已完成5G基礎網絡建設，覆蓋卡車無人駕駛、鉆機無人值守區域，滿足實時性、可靠性的要求；完成了數據中心建設，實現了礦區計算資源、存儲資源的統一管理、統一運維；完成了智能綜合管控平臺建設，并接入智能卡車調度系統、卡車無人駕駛系統、鉆機無人值守系統、爆破遠程監控及危險預警系統、大型生產設備安全預警系統、工業視頻監控系統、原煤運輸集中控制系統、智能選煤廠系統、地理信息系統、排土場及邊坡安全監測預警系統、排水泵站無人值守及變電站無人值守等17個子系統，全面提升了礦山安全生產與管理水平，實現了監控、生產、維護、安全等多環節的少人化或無人化，實現了安全可靠化、管理高效化、生產綠色化、成本最小化、效益最大化及人文和諧化。在核心技術國產化、5G通信技術應用等方面有力地打造了核心競爭力。

另外，中煤平朔集團于2021年初受山西省政府和工業和信息化廳委托，牽頭編制完成了國內首個《智能化露天煤礦建設規范》，該規范具有行業先進性、適用性和可操作性，不僅可用于規范和指導山西省露天煤礦的智能化建設，同時為全國露天煤礦的智能化建設提供了依據，對加快煤炭產業轉型升級和推進能源革命具有重要意義。

來源：智能礦山雜志